《二維點(diǎn)樣平臺設(shè)計(jì)畢業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《二維點(diǎn)樣平臺設(shè)計(jì)畢業(yè)（41頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、淮南師范學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：二維點(diǎn)樣平臺設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：胡大千學(xué) 號：1008020210所在院系：電氣信息工程學(xué)院專業(yè)名稱：自動化屆 次：2014 屆指導(dǎo)教師：苗磊目 錄前 言21 總體方案設(shè)計(jì)21.1 總體方案實(shí)現(xiàn)框圖21.2 軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具32 二維點(diǎn)樣平臺上位機(jī)設(shè)計(jì)32.1 Visual Basic語言概述32.2 程序編寫42.3 錯誤處理和調(diào)試102.4 程序發(fā)布113 二維點(diǎn)樣平臺下位機(jī)設(shè)計(jì)113.1 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)113.2 單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)134 系統(tǒng)測試164.1 上位機(jī)串口通信測試164.2 下位機(jī)電路和通信測試175 總結(jié)18參

2、考文獻(xiàn)：183 淮南師范學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文二維點(diǎn)樣平臺設(shè)計(jì)學(xué)生：胡大千（指導(dǎo)老師：苗磊）（淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院）摘 要:二維點(diǎn)樣在各行各業(yè)中都得到重要的運(yùn)用，其工作原理是上位機(jī)通過控制步進(jìn)電機(jī)在X、Y方向的拍數(shù)比實(shí)現(xiàn)對二維空間的精確定位并進(jìn)行點(diǎn)樣。本課題以VB6.0為平臺并通過與上位機(jī)的通訊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)樣定位控制和對點(diǎn)樣進(jìn)程進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字：點(diǎn)樣；步進(jìn)電機(jī)；上位機(jī)；VB；通訊Two-dimensional Point Sample PlatformStudents: Hu Daqian（Guidance Teacher: Miao Lei）（College of Electric

3、al and Information Engineering ,Huainan Normal University）Abstract：Two-dimensional point sample is important in all walks of life, its working principle is the upper machine by controlling step motor than the number of beats in the X, Y direction implementations are precise positioning and of two-di

4、mensional space. This topic in VB6.0 by use of the platform and through communication with PC to realize the control and the positioning of the sample points simulated implementation sample process.Key words：Sample points; Stepping motor; PC; VB; communication前 言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)業(yè)朝著微型化，精密化發(fā)展，零件的微小化與運(yùn)動

5、位移的高速化、衡量化是未來的主要研究方向之一，其精準(zhǔn)的位置控制即準(zhǔn)確無誤的定位技術(shù)顯得日益重要。因此，開發(fā)功能實(shí)用，定位精確度高的定位平臺運(yùn)動系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。二維點(diǎn)樣平臺作為空間三維定位的重要組成部分，也可以說是二維定位平臺在國內(nèi)外取得了較快的發(fā)展。二維定位平臺是完成X、Y維精確定位的工作平臺。它在微機(jī)電系統(tǒng)、微電子、納米制造、納米電子及航空航天等眾多高科技領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，隨著科技的進(jìn)步，這種重要性日益增強(qiáng)。生活中常見的一些機(jī)器如電子廠車間的高速機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)等。在日常生活中我們能過接觸最多最常見的二維點(diǎn)樣平臺也就是車間的點(diǎn)膠機(jī)了，點(diǎn)膠機(jī)是一種對流體進(jìn)行控制并將流體進(jìn)行點(diǎn)滴、涂覆于產(chǎn)

6、品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機(jī)器?？蓪?shí)現(xiàn)二維、三維的路徑點(diǎn)膠，能夠高效精準(zhǔn)的進(jìn)行點(diǎn)膠。其應(yīng)用的行業(yè)也非常的寬廣，可以在電子行業(yè)中進(jìn)行手機(jī)按鍵點(diǎn)膠，手機(jī)電池封裝，光學(xué)器件加工等；在工業(yè)電氣方面可以對電容，變壓器，繼電器，按鈕等進(jìn)行粘接灌封，對電機(jī)線圈進(jìn)行涂膠，對電器柜門進(jìn)行封邊涂膠。本設(shè)計(jì)就是以我在聯(lián)寶實(shí)習(xí)期間對點(diǎn)膠機(jī)的操作進(jìn)行實(shí)際的理論驗(yàn)證而設(shè)計(jì)一個(gè)基于VB平臺的二維點(diǎn)樣平臺。用VB設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件控制界面，能夠設(shè)置待點(diǎn)樣行數(shù)、列數(shù)及行列間距，并對點(diǎn)樣進(jìn)程進(jìn)行模擬。設(shè)計(jì)相應(yīng)插補(bǔ)算法。單片機(jī)通過串口通信接收上位機(jī)所給的坐標(biāo)控制X、Y步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)樣定位控制。1 總體方案設(shè)計(jì)1.1 總體方案實(shí)現(xiàn)框圖本

7、設(shè)計(jì)分兩部分設(shè)計(jì)，一部分是基于Visual Basic的二維點(diǎn)樣平臺的設(shè)計(jì)，另一部分是基于51單片機(jī)的下位機(jī)設(shè)計(jì)，兩者之間通過串口通信。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖 上位機(jī)設(shè)計(jì)部分主要是設(shè)置相應(yīng)的控制界面（打開串口、手動點(diǎn)樣、自動點(diǎn)樣）和實(shí)現(xiàn)串口通信，當(dāng)手動點(diǎn)樣、自動點(diǎn)樣或回原點(diǎn)操作時(shí)，會通過串口將相應(yīng)的X軸和Y軸的坐標(biāo)值傳給下位機(jī)。為了直觀看到坐標(biāo)位置和移動軌跡，在上位機(jī)上設(shè)計(jì)了二維坐標(biāo)顯示區(qū)。下位機(jī)是由51單片機(jī)控制一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)接收到串口數(shù)據(jù)時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出上位機(jī)發(fā)送的坐標(biāo)值，驅(qū)動X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)二維點(diǎn)樣。51單片機(jī)的串口通信部分利用51單片機(jī)內(nèi)部的串口資源與外部串

8、行端口電平轉(zhuǎn)換電路（即RS232）來實(shí)現(xiàn)。1.2 軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具軟件開發(fā)環(huán)境包括Microsoft Visual Basic 6.01 15 21和Keil uVision C51 V4.12。硬件開發(fā)環(huán)境是Proteus 7.8 SP24。調(diào)試工具包括Virtual Serial Port Driver 6.9和串口調(diào)試助手V1.0。Visual Basic是Microsoft公司開發(fā)的一種“可視化”的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具。Microsoft Visual Basic 6.0是用來開發(fā)上位機(jī)的平臺。Keil uVision C51是一種兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)的系統(tǒng)，是由德國

9、Keil Software公司（ARM公司之一）出品。包含標(biāo)準(zhǔn)的Keil C編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實(shí)時(shí)內(nèi)核、單板計(jì)算機(jī)和仿真器，支持所有的251系列微控制器。在本設(shè)計(jì)中使用Keil C51是對51單片機(jī)程序進(jìn)行編譯、調(diào)試和下載2 5 7 9。Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它既具有其它EDA工具軟件的仿真功能，又能仿真單片機(jī)及外圍器件?？梢哉f是目前最好的單片機(jī)仿真軟件。本設(shè)計(jì)中利用Proteus在單片機(jī)中加載Keil生成的HEX文件對步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動進(jìn)行模擬。為了讓上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠傳送給Proteus仿真的單片機(jī)，這里選用Vi

10、rtual Serial Port Driver 6.9軟件，它可以模擬串口通信，虛擬出一對串口，這樣兩者之間就無需物理連接，即可以串口的形式進(jìn)行通信4 12。串口調(diào)試工具很多，本系統(tǒng)采用常用的串口調(diào)試助手V2.1，其功能簡單，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要用來調(diào)試上位機(jī)程序和測試下位機(jī)的串口通信功能。2 二維點(diǎn)樣平臺上位機(jī)設(shè)計(jì)2.1 Visual Basic語言概述Visual Basic是一種語言簡單、易學(xué)、易用的軟件，適用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序，并增加了結(jié)構(gòu)化、可視化程序設(shè)計(jì)語言的功能，引入了“面向?qū)ο蟆焙汀笆录?qū)動”等先進(jìn)思想，支持ActiveX控件（用于Web或其它支持這一技術(shù)

11、的程序中）、VBS（VBScript，VB的腳本語言，用于Web開發(fā)）和VBA（VB For Application，嵌入式VB語言，用于對一些流行軟件進(jìn)行二次開發(fā)），對網(wǎng)絡(luò)、多媒體和數(shù)據(jù)庫的編程有良好的支持，擁有完全的中文界面和幫助系統(tǒng)1 15 21。Visual Basic6.0主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：編程可視化、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、事件驅(qū)動的編程機(jī)制，以及結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)。Visual Basic的可視化設(shè)計(jì)工具可以把Windows界面設(shè)計(jì)的復(fù)雜性“封裝”起來，利用Visual Basic提供的各種設(shè)計(jì)工具，程序開發(fā)人員只需按照程序界面的設(shè)計(jì)要求，在窗體中畫出各種“控件”，并設(shè)置這些對象的屬

12、性，這樣程序設(shè)計(jì)人員就不需要為界面設(shè)計(jì)編寫代碼而浪費(fèi)時(shí)間，只需要編寫實(shí)現(xiàn)程序功能代碼。因此，程序設(shè)計(jì)的效率會大大提高。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言將整個(gè)現(xiàn)實(shí)世界或者其中的一部分看作是由不同種類的對象構(gòu)成的。各種類型的對象之間通過發(fā)送消息進(jìn)行聯(lián)系，消息能夠激發(fā)對象作出相應(yīng)的反應(yīng)，從而構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動的整體。Visual Basic屬于事件驅(qū)動的編程機(jī)制，由事件控制著程序運(yùn)行的流向。事件是可以由窗體或控件識別的操作。在響應(yīng)事件時(shí)，事件驅(qū)動應(yīng)用程序執(zhí)行指定的代碼。Visual Basic是一種接近自然語言和人類的邏輯思維方式并具有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的控制結(jié)構(gòu)。1966年，Bohra和Jacopini提出了結(jié)構(gòu)化程

13、序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)，即順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。這三種基本結(jié)構(gòu)是Visual Basic程序設(shè)計(jì)的核心。2.2 程序編寫該部分利用VB設(shè)計(jì)上位機(jī)控制平臺，實(shí)現(xiàn)手動和自動設(shè)置待點(diǎn)樣行列數(shù)；實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)操作，模擬顯示點(diǎn)樣當(dāng)前位置和運(yùn)動軌跡，設(shè)置的坐標(biāo)值能通過串口通信發(fā)送到下位機(jī)，下位機(jī)在對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動運(yùn)行后能將相應(yīng)的坐標(biāo)返回給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)樣定位控制并將相應(yīng)的坐標(biāo)在二維坐標(biāo)顯示區(qū)顯示出來。2.2.1 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目文件本設(shè)計(jì)需要創(chuàng)建一個(gè)基于Standard.EXE的項(xiàng)目。先打開Visual Basic 6.0，然后打開“文件”中的“新建工程”，然后選擇新建“標(biāo)準(zhǔn)EXE”即可，如圖2所示。這樣就

14、創(chuàng)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)EXE的項(xiàng)目文件1。圖2 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)EXE項(xiàng)目文件2.2.2 加入串口通信控件MSComm控件是Microsoft公司為了簡化Windows下串行通信編程而提供的一種ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。MSComm控件給出事件驅(qū)動和查詢兩種方式。事件驅(qū)動有程序響應(yīng)及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)者只需在每個(gè)事件中添加自己的程序。查詢方式在某些情況下更便捷，但其實(shí)質(zhì)也是事件驅(qū)動。程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過查詢CommEvent屬性值來查詢事件和錯誤。默認(rèn)的控件工具欄沒有MSComm控件，因此需要打開菜單欄“工程”下面的“部件”（跳出如圖3所示的對話框，找到“M

15、icrosoft Comm Control 6.0”，點(diǎn)擊確定完成添加）將MSComm控件加到工具欄中。圖3 添加MSComm控件MSComm控件的許多屬性都是需要開發(fā)者根據(jù)自己的需要進(jìn)行設(shè)置。將MSComm控件添加到工程的Form框中，點(diǎn)擊MSComm控件即可在右邊的屬性欄對其進(jìn)行設(shè)置。MSComm控件有許多重要的屬性，如CommPort設(shè)置端口號；Settings設(shè)置波特率、奇偶檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位；PortOpen設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開或關(guān)閉端口；Input從接收緩沖區(qū)返回或刪除字符；Output向傳輸緩沖區(qū)寫一個(gè)字符串。根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，設(shè)置端口號CommPort固定為4，

16、Settings設(shè)置為“9600,n,8,1” 12。2.2.3 設(shè)計(jì)程序主界面Visual Basic最大的好處就是他的可視化。對于主界面的設(shè)計(jì)，只需要選擇需要的工具在Fram上添加、移動，操作簡單方便。選擇Frame在窗體上分出四個(gè)部分，分別是串口通信、手動點(diǎn)樣、自動點(diǎn)樣和點(diǎn)樣坐標(biāo)顯示?！按蜷_端口”、“回原點(diǎn)”以及上下左右移動坐標(biāo)等按鈕采用CommandButton工具。坐標(biāo)輸入和坐標(biāo)顯示采用TextBox工具。為了直觀顯示端口連接狀態(tài)，本設(shè)計(jì)使用Shape工具畫了一個(gè)圓點(diǎn)，當(dāng)未連接的時(shí)候顯示黑色，處于連接狀態(tài)的時(shí)候顯示綠色。為了實(shí)時(shí)且直觀展示坐標(biāo)所在位置，本設(shè)計(jì)用PictureBox工具

17、，在其上面畫出坐標(biāo)和顯示當(dāng)前坐標(biāo)的圓點(diǎn)。主界面設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4 主界面設(shè)計(jì)坐標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是使用Visual Basic的畫線功能。Scale 用來定義刻度，例如Picture1.Scale (-10,，110)-(110, -10)，定義左上角座標(biāo)為(-20,120)，右下角座標(biāo)為(110,-20)。Line用來畫線，例如Picture1.Line (0, 0)-(110, 0), vbBlack，這句話是在(0,0)坐標(biāo)和(110,0)坐標(biāo)之間畫一條白色的線。DrawWidth 用來定義線寬。Picture1的坐標(biāo)程序如下所示：Picture1.ClsPicture1.ScaleMode =

18、 5 Picture1.Scale (-10, 110)-(110, -10)繪橫坐標(biāo)Picture1.DrawWidth = 2Picture1.Line (0, 0)-(110, 0), vbBlackPicture1.DrawWidth = 1Picture1.Line (0, 10)-(100, 10), vbWhitePicture1.Line (0, 20)-(100, 20), vbWhite 繪坐標(biāo)縱線Picture1.DrawWidth = 2Picture1.Line (0, 0)-(0, 110), vbBlackPicture1.DrawWidth = 1Picture

19、1.Line (10, 0)-(10, 100), vbWhitePicture1.Line (20, 0)-(20, 100), vbWhite指定位置顯示原點(diǎn)OPicture1.CurrentX = -5Picture1.CurrentY = 0Picture1.Print O2.2.4 參數(shù)輸入和控制實(shí)現(xiàn)本點(diǎn)樣控制平臺的使用必須先打開端口，只有串口設(shè)備號和本平臺的設(shè)備號一致時(shí)才能進(jìn)行通信。當(dāng)用戶點(diǎn)擊“打開端口”時(shí)，先檢查端口號是否存在或者已經(jīng)被打開。當(dāng)端口號正確之后將端口打開，即MSComm1.PortOpen = Ture，改變圓點(diǎn)的顏色為綠色，指示端口已經(jīng)被打開，并且按鍵名稱更改為“

20、關(guān)閉端口”。如果端口不正確，那么根據(jù)錯誤代碼，跳出消息框提示用戶錯誤原因。端口控制的代碼如下所示：Private Sub Command5_Click()If Command5.Caption = 關(guān)閉端口 Then MSComm1.PortOpen = False Command5.Caption = 打開端口 Shape1.FillColor = RGB(0, 0, 0)Else If Test_COM(4) = True Then MSComm1.PortOpen = True Command5.Caption = 關(guān)閉端口 Shape1.FillColor = RGB(0, 255,

21、0) End IfEnd IfEnd Sub檢測端口號函數(shù)Private Function Test_COM(com_num As Integer) As Boolean If Command5.Caption = 打開端口 Then On Error GoTo Comm_Error MSComm1.CommPort = com_num 這里接收傳入的串口號 MSComm1.PortOpen = True MSComm1.PortOpen = False Test_COM = True 如果返回1，表示串口可用 Exit FunctionComm_Error: If Err.Number =

22、8002 Then MsgBox 串口不存在，請配置串口號為COM4！ ElseIf Err.Number = 8005 Then MsgBox 串口已打開！ Else MsgBox 其它錯誤 End If Test_COM = False 如果出錯，則返回0 Exit Function Resume Next End IfEnd Function上下左右移動按鈕和回原點(diǎn)按鈕控制原理一樣，即當(dāng)有Click點(diǎn)擊事件時(shí)，改變坐標(biāo)的值，如“Y+”按鈕被按下時(shí)，那么將當(dāng)前坐標(biāo)的Y軸坐標(biāo)加一，然后將改變后的坐標(biāo)值發(fā)送出去。為了在上位機(jī)上直觀看到坐標(biāo)的移動軌跡，那么需同時(shí)移動坐標(biāo)圓點(diǎn)的位置以及更改Text

23、Box中的坐標(biāo)值。圓點(diǎn)的移動用Move函數(shù)，如Point1.Move 20, 30是將Point1點(diǎn)的Left移動到20刻度處，Top移動到30刻度處。數(shù)據(jù)的發(fā)送使用MSComm控件Output屬性。每次點(diǎn)擊操作需要發(fā)送XY兩個(gè)數(shù)值，所以首先定義兩個(gè)字節(jié)：Dim sendbyte(1) As Byte。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)X軸和Y軸坐標(biāo)都在0-100以內(nèi)，為了方便下位機(jī)區(qū)分接收到的數(shù)據(jù)，發(fā)送之前將X軸坐標(biāo)值和十六進(jìn)制H80相“與”，這樣X軸數(shù)據(jù)最高位為1，Y軸數(shù)據(jù)最高位為0，下位機(jī)就可以通過數(shù)據(jù)的最高位來判斷收到的數(shù)據(jù)是X軸坐標(biāo)還是Y軸坐標(biāo)。這種做法對下位機(jī)來說省去了繁瑣的數(shù)據(jù)解析工作，簡單方便。具體的

24、代碼如下所示：Private Function SendXY(xv As Integer, yv As Integer) As Boolean 發(fā)送xy坐標(biāo) SendXY = False If MSComm1.PortOpen Then sendbyte(0) = xv Or &H80 sendbyte(1) = yv MSComm1.Output = sendbyte SendXY = True End IfEnd Function自動采樣需要用戶輸入三組坐標(biāo)值，然后點(diǎn)擊開始，數(shù)據(jù)每隔一秒發(fā)送一組，同時(shí)移動二維坐標(biāo)顯示區(qū)的圓點(diǎn)，并顯示坐標(biāo)移動軌跡。因?yàn)樾枰〞r(shí)每秒發(fā)送一次，所以這里用了一個(gè)定

25、時(shí)工具Timer。Timer的Interval用來設(shè)置定時(shí)時(shí)間，單位為毫秒，本設(shè)計(jì)設(shè)置為1000，也就是一秒中斷一次。當(dāng)用戶輸入三組數(shù)據(jù)并點(diǎn)擊“開始”按鈕之后，會打開定時(shí)器，延時(shí)時(shí)間到的時(shí)候進(jìn)入Timer函數(shù)，在該函數(shù)中每秒發(fā)送一組坐標(biāo)，三組發(fā)送完成之后關(guān)閉定時(shí)器。此外，對三組數(shù)據(jù)的輸入進(jìn)行限制，當(dāng)輸入為空或者大于100則跳出消息框提示用戶輸入正確的數(shù)值，錯誤提示如圖5所示。圖5 輸入超出范圍報(bào)錯2.3 錯誤處理和調(diào)試界面和代碼編寫完成并不代表工作的結(jié)束，最艱苦的就是對完成的程序的處理和調(diào)試。錯誤通常有語法錯誤、運(yùn)行錯誤和邏輯錯誤。語法錯誤很容易修改，對于運(yùn)行錯誤和邏輯錯誤，可以根據(jù)Visua

26、l Basic的錯誤提示進(jìn)行修改。舉個(gè)例子來說，如果MSComm控件的Settings設(shè)置為“9600,n,9,1”，運(yùn)行時(shí)會報(bào)錯，跳出對話框“Invalid property value”。 有時(shí)候捕獲了錯誤代碼，但是不應(yīng)該只向用戶顯示錯誤信息代碼，而且大多數(shù)額用戶是不知道這些錯誤代碼的含義。為了將錯誤代碼翻譯成對改錯誤的描述，可以將捕獲的錯誤代碼傳給Visual Basic提供的Error函數(shù)，在給函數(shù)完成對錯誤代碼的解釋。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)打開不存在的端口時(shí)會捕獲到錯誤代碼8002，這個(gè)錯誤號的含義是無效的端口號（comPortInvalid）。在本程序中是這么處理的：On Error Go

27、To Comm_ErrorComm_Error: If Err.Number = 8002 Then MsgBox 串口不存在，請配置串口號為COM4！2.4 程序發(fā)布調(diào)試好程序之后，雖然沒有錯誤出現(xiàn)，但該應(yīng)用程序還只是源文件，只能在Visual Basic的編譯環(huán)境中運(yùn)行，因此需要制作成可執(zhí)行文件。Visual Basic很容易生成“.exe”文件。方法是選擇“文件”菜單下的“生成Make project1.exe”選項(xiàng)，在跳出來的對話框中修改文件名，然后確認(rèn)即可，這樣就完成了二維點(diǎn)樣平臺上位機(jī)的開發(fā)工作了1。3 二維點(diǎn)樣平臺下位機(jī)設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)點(diǎn)樣平臺下位機(jī)以AT89C51

28、單片機(jī)為控制核心，串口通信模塊用來接收上位機(jī)發(fā)送的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，外加兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)用來模擬點(diǎn)樣平臺的二維電機(jī)控制。下位機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動流程圖如圖6所示圖6下位機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)流程圖3.1.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89C51是應(yīng)用廣泛的8位單片機(jī)，它擁有4K的FLASH，128字節(jié)的RAM，兩個(gè)16位的定時(shí)器，可編程串行中斷，以及低功耗閑置和掉電模式。AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)主控、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。如圖7所示。時(shí)鐘電路選用外部12M晶振，并聯(lián)兩個(gè)30pf的電容幫助起振。復(fù)位電路是由電阻、電容和按鍵組成的上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。圖7 單片機(jī)最小系統(tǒng)為了直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

29、，本設(shè)計(jì)中添加了三個(gè)LED指示燈，用來指示運(yùn)行狀態(tài)，如圖8所示。圖8LED狀態(tài)指示燈3.1.2 串口通信電路RS232接口上通信時(shí)要12V的電壓才能識別，也就是高低電平為12V和0V，但是51單片機(jī)的高低電平為5V和0V，所以單片機(jī)和電腦的串口通信需要高平轉(zhuǎn)換。實(shí)際的電路中需要加入電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232或PL2303。本設(shè)計(jì)使用Proteus仿真，Protues帶有串口仿真元件COMPIM，它集成了TTL-RS232電路的。設(shè)好波特率即可實(shí)現(xiàn)串口通信。為了查看單片機(jī)串口通信數(shù)據(jù)，仿真中加入Virtual Terminal虛擬終端。該部分電路如圖9所示。圖9 串口通信電路3.1.3 二維步

30、進(jìn)電機(jī)電路為了模擬二維坐標(biāo)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩組步進(jìn)電機(jī)，X軸步進(jìn)電機(jī)和Y軸步進(jìn)電機(jī)。由于單片機(jī)驅(qū)動能力有限，最大只有25mA，需要外加驅(qū)動電路。ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。當(dāng)輸入5V電壓時(shí)，輸出電流高達(dá)500mA。所以本設(shè)計(jì)選ULN2003 驅(qū)動四線制步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)電路如圖10所示。圖10 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路3.2 單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件部分主要是串口通信程序、步進(jìn)電機(jī)控制程序和接收到數(shù)據(jù)后的邏輯處理和控制程序。3.2.1 51單片機(jī)串口程序51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程的雙向全雙工串行通信接口。該接口有4種工作方式，以適用于不同場合

31、。波特率由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，可以用軟件進(jìn)行設(shè)置。 51單片機(jī)內(nèi)部的串口擁有兩個(gè)物理上相互獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，兩個(gè)緩沖器占用同一個(gè)地址(99H)。本設(shè)計(jì)選用波特率9600bit/s，根據(jù)12M時(shí)鐘晶振算出裝載值，并且開啟接收中斷。接受到數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)去進(jìn)去中斷函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。串口初始化代碼如下收中斷。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)去中斷函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。串口初始化代碼如下：void init() TMOD=0x20; /定時(shí)器1工作方式2 TH1=0xfd; /裝載初值，波特率設(shè)置為9600TL1=0xfd; TR1=1; /啟動定時(shí)器1SM0=0; /設(shè)置串

32、口工作方式1 SM1=1;REN=1; /允許串口接收EA=1; /開總中斷ES=1; /開串口中斷串口產(chǎn)生接收中斷，RI硬件置位，在串口接收中斷函數(shù)里必須軟件清除接收中斷標(biāo)志。接收中斷入口函數(shù)如下所示：void ser()interrupt 4RI=0; /接受中斷標(biāo)志位 3.2.2 步進(jìn)電機(jī)程序步進(jìn)電機(jī)工作原理簡單，本設(shè)計(jì)中選用四線制步進(jìn)電機(jī)，每一條線導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)會旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，如果順序?qū)ǎ敲措姍C(jī)就會正轉(zhuǎn)。如果逆序?qū)?，那么電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過改變線線之間導(dǎo)通時(shí)間可以改變轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)可以通過坐標(biāo)判斷而相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動函數(shù)如下：void StepX(char xy, ch

33、ar m, char n);該函數(shù)有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)xy用來選擇電機(jī)，xy為1的時(shí)候控制X軸電機(jī)，xy為2的時(shí)候控制Y軸電機(jī)；第二個(gè)參數(shù)m是調(diào)整的角度；第三個(gè)參數(shù)n是選擇正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，n為1時(shí)正轉(zhuǎn)，n為0時(shí)反轉(zhuǎn)。3.2.3 控制邏輯程序該部分是通過對串口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)會觸發(fā)接收中斷，在中斷函數(shù)里不做處理，只把它存到一個(gè)隊(duì)列里，主函數(shù)判斷到隊(duì)列中有數(shù)值的時(shí)候會依次讀取，并判斷數(shù)值是X軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)還是Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)。X軸Y軸的判斷是通過數(shù)據(jù)的最高位來判斷的，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上位機(jī)的時(shí)候，考慮到數(shù)據(jù)在0-100之間，可以通過最高位來標(biāo)識，如果是X軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)那么把

34、最高位置1，否則置0。這樣單片機(jī)處理起來就簡單方便多了，單片機(jī)接到數(shù)據(jù)之后將最高位去除，然后送給相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)就可以了。步進(jìn)電機(jī)的控制是由步進(jìn)電機(jī)的當(dāng)前坐標(biāo)值和接收到的新的坐標(biāo)值決定的，如果新的坐標(biāo)值大于當(dāng)前坐標(biāo)值，那么正轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動的角度即是當(dāng)前值和接收的坐標(biāo)值之間的差值。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)需要時(shí)間，而上位機(jī)可能會連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)，所以需要定義一個(gè)隊(duì)列，用來存儲上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，在主函數(shù)中進(jìn)行讀取和控制。隊(duì)列的定義:#define len 20 /隊(duì)列長度uchar Valuelen; /存數(shù)數(shù)組uchar head = 0; /隊(duì)列頭uchar tail = 0; /隊(duì)列尾ucha

35、r cnt = 0; /隊(duì)列中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)在接收中斷程序中將數(shù)據(jù)存入隊(duì)列，程序如下：void ser()interrupt 4RI=0; /清除接受中斷標(biāo)志位if(cnt len)Valuetail=SBUF;if(+tail = len)tail = 0;cnt+;程序中還設(shè)計(jì)了三個(gè)LED狀態(tài)指示燈，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開LED1，X軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)打開LED2，Y軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)打開LED3，停止運(yùn)行時(shí)關(guān)閉相應(yīng)的LED。 4 系統(tǒng)測試4.1 上位機(jī)串口通信測試使用Virtual Serial Port Driver 6.9虛擬出一對串口，將COM3和COM4連接起來，這樣就可以在電腦上進(jìn)行串口通信測

36、試了4。如圖11所示。圖11虛擬串口軟件使用串口調(diào)試助手和本課題設(shè)計(jì)的串口控制平臺進(jìn)行通信，查看通信是否正常，測試圖如圖12所示。圖12 上位機(jī)平臺和串口調(diào)試助手通信測試 經(jīng)測試，二維點(diǎn)樣平臺和串口調(diào)試助手通信正常。手動采樣、自動采樣和回原點(diǎn)操作都能發(fā)送出正確的二維坐標(biāo)數(shù)值。4.2 下位機(jī)電路和通信測試驗(yàn)證二維點(diǎn)樣平臺功能正常之后，使用它和單片機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)啟動仿真按鈕，上位機(jī)測試手動發(fā)送、自動發(fā)送和回原點(diǎn)操作，測試發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確，數(shù)據(jù)接收是否正確，電機(jī)轉(zhuǎn)動是否正常，以及指示燈狀態(tài)是否正常12。判斷單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)是否和上位機(jī)發(fā)送的一致，可以打開Virtual Terminal觀察，串

37、口接收到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)的顯示出來。測試如圖13所示。圖13 上位機(jī)和單片機(jī)通信測試當(dāng)有數(shù)據(jù)接收到時(shí)，可以看到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動和LED狀態(tài)燈點(diǎn)亮，轉(zhuǎn)動方向和角度和上位機(jī)發(fā)送的一致。整體測試如圖14所示。圖14 單片機(jī)系統(tǒng)仿真經(jīng)測試，串口通信部分能接收到正確的數(shù)據(jù)，單片機(jī)能驅(qū)動X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一定角度，旋轉(zhuǎn)方向和角度都和上位機(jī)發(fā)送的一致，LED燈能正確指示系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)各個(gè)模塊運(yùn)行穩(wěn)定。5 總結(jié)本課題設(shè)計(jì)了基于Visual Basic的二維點(diǎn)樣控制平臺和基于51單片機(jī)的串口通信控制系統(tǒng)。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信，當(dāng)手動點(diǎn)樣、自動點(diǎn)樣或回原點(diǎn)操作時(shí)，會將相應(yīng)的X軸和Y軸的坐標(biāo)值傳給下

38、位機(jī)。下位機(jī)是由51單片機(jī)控制一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)接收到串口數(shù)據(jù)時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出上位機(jī)發(fā)送的坐標(biāo)值，驅(qū)動X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)二維點(diǎn)樣。經(jīng)測試各部分工作正常，達(dá)到了本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于本人時(shí)間和精力有限，有很多需要改進(jìn)和完善的地方。上位機(jī)控制平臺可以添加更多功能，界面可以做的更美觀。單片機(jī)控制系統(tǒng)可以選用更強(qiáng)大的單片機(jī)，比如低功耗的16單片機(jī)MSP430或者運(yùn)行更快的基于Cotex-M3內(nèi)核的32位STM32單片機(jī)6 9。參考文獻(xiàn)： 1李雁翎等.Visual Basic程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程（第二版）M人民郵電出版社2012.12楊加國等.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)（第二版）M清華大學(xué)出

39、版社2011.103周榮富.電子線路CAD M北京大學(xué)出版社2011.124陳忠平.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真（第二版） M電子工業(yè)出版社2012.55陳曾平.電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M北京高等教育出版社.2003:100-110.6肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī) M北京航空航天大學(xué)出版社.2002.8.7何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全 M北京航空航天大學(xué)出版社,1994.8邱光源等.電路基礎(chǔ)M高等教育出版社 1998.9沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) M北京：電子工業(yè)出版社,2005.110康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分 M北京高等教育出版社，2000. 11郁有文，常健 傳感器原理及工程應(yīng)

40、用 M電子科技大學(xué)出版社，2008.712Visual.Basic數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn).李江全等.掃描版13梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸,張軍. 單片機(jī)原理及接口技術(shù) M清華大學(xué)出版社 200614蔡朝洋. 單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作 M北京航空航天大學(xué)出版社2006.1115楊忠寶，康順哲.VB語言程序設(shè)計(jì) M人民郵電出版社2010.1216夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程 M北京航空航天大學(xué)出版社,2001.17王運(yùn)堅(jiān).VISUAL BASIC 6.0 應(yīng)用指南 M人民郵電出版社199819附錄附錄1 上位機(jī)設(shè)計(jì)界面附錄2 上位機(jī)程序Dim xx, yy As LongDim timerco

41、unt As IntegerDim sendbyte(1) As BytePrivate Sub Command5_Click()If Command5.Caption = 關(guān)閉端口 Then MSComm1.PortOpen = False Command5.Caption = 打開端口 Shape1.FillColor = RGB(0, 0, 0)Else If Test_COM(4) = True Then MSComm1.PortOpen = True Command5.Caption = 關(guān)閉端口 Shape1.FillColor = RGB(0, 255, 0) End IfEnd

42、 IfEnd Sub檢測端口信號函數(shù)Private Function Test_COM(com_num As Integer) As Boolean If Command5.Caption = 打開串口 Then On Error GoTo Comm_Error MSComm1.CommPort = com_num 這里接受傳入的串口號 MSComm1.PortOpen = True MSComm1.PortOpen = False Test_COM = True 如果操作成功，則說明當(dāng)前串口可用，返回1，表示串口可用 Exit FunctionComm_Error: If Err.Numbe

43、r = 8002 Then MsgBox 串口不存在，請配置串口號為COM4！ ElseIf Err.Number = 8005 Then MsgBox 串口已打開 Else MsgBox 其它錯誤 End If Test_COM = False 如果出錯，則返回0 Exit Function Resume Next End IfEnd FunctionPrivate Function SendXY(xv As Integer, yv As Integer) As Boolean 發(fā)送xy坐標(biāo) SendXY = False If MSComm1.PortOpen Then sendbyte(0

44、) = xv Or &H80 sendbyte(1) = yv MSComm1.Output = sendbyte SendXY = True End IfEnd FunctionPrivate Sub Command8_Click() If (TextX1(intger).Text = X1 Or TextX1(intger).Text = Or TextY1.Text = Y1 Or TextY1.Text = _ Or TextX2.Text = X2 Or TextX2.Text = Or TextY2.Text = Y2 Or TextY2.Text = _ Or TextX3.Te

45、xt = X3 Or TextX3.Text = Or TextY3.Text = Y3 Or TextY3.Text = ) Then MsgBox 請輸入三組點(diǎn)樣坐標(biāo)（0-100之間的數(shù)值）！Else If CInt(TextX1(intger).Text) = 100 And CInt(TextY1.Text) = 100 And CInt(TextX2.Text) = 100 _ And CInt(TextY2.Text) = 100 And CInt(TextX3.Text) = 100 And CInt(TextY3.Text) = 100 Then Timer1.Enabled

46、= True Command8.Enabled = False timercount = 0 Point1.Move CInt(TextX1.Text) - Point1.Width / 2, CInt(TextY1.Text) + Point1.Height / 2 Textx.Text = CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2) Texty.Text = CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2) Else MsgBox 輸入數(shù)值必須在0-100之間 End IfEnd IfEnd SubPrivate Sub Timer1_

47、Timer()timercount = timercount + 1If timercount = 1 Then Point1.Move CInt(TextX1(intger).Text) - Point1.Width / 2, CInt(TextY1.Text) + Point1.Height / 2 Textx.Text = CInt(TextX1(intger).Text) Texty.Text = CInt(TextY1.Text) SendXY CInt(TextX1(intger).Text), CInt(TextY1.Text)End IfIf timercount = 2 Th

48、en Point1.Move CInt(TextX2.Text) - Point1.Width / 2, CInt(TextY2.Text) + Point1.Height / 2 Textx.Text = CInt(TextX2.Text) Texty.Text = CInt(TextY2.Text) SendXY CInt(TextX2.Text), CInt(TextY2.Text)End IfIf timercount = 3 Then Point1.Move CInt(TextX3.Text) - Point1.Width / 2, CInt(TextY3.Text) + Point

49、1.Height / 2 Textx.Text = CInt(TextX3.Text) Texty.Text = CInt(TextY3.Text) SendXY CInt(TextX3.Text), CInt(TextY3.Text) timercount = 0 Timer1.Enabled = False Command8.Enabled = TrueEnd IfEnd SubPrivate Sub CommandYP_Click()Y+操作If (Point1.Top - Point1.Height / 2) 0 ThenPoint1.Move Point1.Left - 1, Poi

50、nt1.TopTextx.Text = CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2)Texty.Text = CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2)SendXY CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2), CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2)End IfEnd SubPrivate Sub CommandXP_Click()X+操作If (Point1.Left + Point1.Width / 2) 0 ThenPoint1.Move Point1.Left, P

51、oint1.Top - 1Textx.Text = CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2)Texty.Text = CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2)SendXY CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2), CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2)End IfEnd Sub回原點(diǎn)操作Private Sub Command7_Click()Point1.Move 0 - Point1.Width / 2, 0 + Point1.Height / 2Textx.T

52、ext = CInt(Point1.Left + Point1.Width / 2)Texty.Text = CInt(Point1.Top - Point1.Height / 2)SendXY 0, 0End SubPrivate Sub Form_Load()Picture1.BackColor = vbGreen Picture1.Cls Picture1.ScaleMode = 5 像素 Picture1.Scale (-10, 110)-(110, -10) 定義左上角坐標(biāo)為(-20,120),右下角坐標(biāo)為110,-20) 設(shè)置繪線寬度 Picture1.DrawWidth = 2

53、繪坐標(biāo)橫線 Picture1.Line (0, 0)-(110, 0), vbBlack Picture1.DrawWidth = 1 Picture1.Line (0, 10)-(100, 10), vbWhite Picture1.Line (0, 20)-(100, 20), vbWhite Picture1.Line (0, 30)-(100, 30), vbWhite Picture1.Line (0, 40)-(100, 40), vbWhite Picture1.Line (0, 50)-(100, 50), vbWhite Picture1.Line (0, 60)-(100,

54、 60), vbWhite Picture1.Line (0, 70)-(100, 70), vbWhite Picture1.Line (0, 80)-(100, 80), vbWhite Picture1.Line (0, 90)-(100, 90), vbWhite Picture1.Line (0, 100)-(100, 100), vbWhite 繪坐標(biāo)縱線 Picture1.DrawWidth = 2 Picture1.Line (0, 0)-(0, 110), vbBlack Picture1.DrawWidth = 1 Picture1.Line (10, 0)-(10, 10

55、0), vbWhite Picture1.Line (20, 0)-(20, 100), vbWhite Picture1.Line (30, 0)-(30, 100), vbWhite Picture1.Line (40, 0)-(40, 100), vbWhite Picture1.Line (50, 0)-(50, 100), vbWhite Picture1.Line (60, 0)-(60, 100), vbWhite Picture1.Line (70, 0)-(70, 100), vbWhite Picture1.Line (80, 0)-(80, 100), vbWhite P

56、icture1.Line (90, 0)-(90, 100), vbWhite Picture1.Line (100, 0)-(100, 100), vbWhite 指定位置顯示原點(diǎn)0 Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 0 Picture1.Print O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 10 Picture1.Print 1O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 20 Picture1.Print 2O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 30 Picture1.Print 3O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 40 Picture1.Print 4O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 50 Picture1.Print 5O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 60 Picture1.Print 6O Picture1.CurrentX = -5 Picture1.CurrentY = 70